Устройства хранения информации

213

УСТРОЙСТВА ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

В этом параграфе речь пойдет о видах памяти компьютера и компьютерных носителях информации.

Поколения компьютеров определяются не только элементной базой и не столько процессорами и памятью. Их возможности, а во многом и внешний облик, серьезно зависит от носителей информации.

ПОНЯТЬ

Информация храниться в ПАМЯТИ компьютера.

Выделяют три основных вида памяти компьютера: постоянное, оперативное и внешние запоминающие устройства (ПЗУ, ОЗУ, ВЗУ).

Название и назначение

ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (ЗУ) предназначены для хранения информации (программ, данных и команд управления).

Принципы работы

Числа, символы, команды, слова хранятся в памяти на равноправных началах и могут находиться в любой ячейке. Их записывают в память и читают из памяти по одним и тем же каналам, используя один и тот же принцип. Для памяти не имеет никакого значения смысл закодированной информации. Важно только, чтобы код имел определенное количество разрядов. Длину, или разрядность, ячейки определяет количество двоичных разрядов в коде. Каждый разряд в коде может принимать значение 1 или 0.

Таким образом:

• информация хранится в ЗУ в двоичном коде;

• каждое ЗУ можно условно считать состоящим из отдельных ячеек, каждая из которых имеет свой адрес (начиная с нулевого адреса);

• такая пронумерованная ячейка называется байтом и содержит 8 двоичных разрядов – 8 бит.

Как правило, для хранения отдельных чисел, команд и пр. одной ячейки бывает мало. Для хранения «длинных» данных из байтов формируют ячейки большего размера. В современных компьютерах длина ячейки кратна числу 8 и измеряется в байтах. Минимальная длина ячейки, для которой можно сформировать адрес, равна 1 байту, что составляет 8 разрядов. Длина ячейки может быть также равна 2 байтам = 16 разрядам, 4 байтам = 32 разрядам, 8 байтам = 64 разрядам.

Под записью данных в память понимают размещение соответствующего кода в ячейке по указанному адресу и хранение его там определенное время. При этом предыдущее значение, находившееся в данной ячейке, стирается. Вновь записанное значение хранится до тех пор, пока в ячейку не будет записана новая информация. Это правило называется правилом сохранения информации.

Под считываем (чтением) данных из памяти понимают выборку двоичного кода из ячейки с указанным адресом. При этом копия передается из памяти в требуемое устройство, а значение самой ячейки не изменяется. Таким образом можно обращаться к данной ячейке для чтения значения сколько угодно раз и каждый раз будет выдаваться хранящийся в ней код.

Пересылка информации означает, что информация читается из одной ячейки и записывается в другую ячейку. После завершения процесса пересылки в этих двух ячейках будет храниться одно и то же значение. Пересылка также подчиняется правилу сохранения информации.

Адрес ячейки формируется в устройстве управления, затем поступает в устройство выборки адреса, которое открывает информационный канал и подключает нужную ячейку для записи или считывания информации.

Основные характеристики памяти:

• емкость - максимальное количество адресуемых ячеек, выраженное в байтах. Однако часто байт оказывается слишком малой единицей, поэтому используют систему более крупных единиц:

килобайт (Кбайт) – 1024 = 2¹⁰ байт;

мегабайт (Мбайт) – 1024 Кбайт;

гигабайт (Гбайт) – 1024 Мбайт;

• быстродействие - время обращения к ячейкам памяти, определяемое временем считывания или временем записи информации. Измеряется в наносекундах (10^-9 с);

• разрядность - количество линий ввода/вывода, которые имеют микросхемы оперативной и постоянной памяти или внешние накопители.

Рассмотрим подробнее каждый из перечисленных видов памяти компьютера.

Название

ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ПЗУ), в современной терминологии RОМ (Read Only Memory).

Принципы работы

Во многих ПК ПЗУ реализовано отдельной микросхемой, в которой при изготовлении ПК «зашиты» основные команды ввода/вывода, осуществляющие начальное взаимодействие аппаратного и программного обеспечения ПК.

Этот вид памяти доступен лишь для чтения хранящейся в ней информации.

После выключения питания компьютера, информация в ПЗУ сохраняется, то есть ПЗУ – энергоНЕзависимое устройство.

Название

ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ОЗУ), в современной терминологии – RAM (Random Access Memoгу), неотъемлемая часть любого ПК. Это быстродействующее ЗУ сравнительно небольшого (по сравнению с ВЗУ) объема, реализованное в виде электронной схемы.

Принципы работы

ОЗУ доступно как для чтения, так и для записи информации. Именно в ОЗУ хранится выполняемая ПК в текущий момент программа и необходимые для нее данные.

ОЗУ работает под непосредственным управлением микропроцессора, все данные для которого непосредственно поступают только из ОЗУ.

Оно обеспечивает хранение информации лишь в течение сеанса работы с ПК – после выключения компьютера из сети данные, хранимые в ОЗУ, теряются безвозвратно, то есть ОЗУ – энергозависимое устройство.

Емкость ОЗУ современных моделей ПК колеблется от 640 Кбайт (IВМ РС ХТ) до 128 Мбайт.

В каждый момент времени для вычислений требуется незначительный участок ОЗУ. Поэтому в компьютере стали устанавливать сверхбыстродействующие микросхемы памяти – кэш-память. Она используется для ускорения операций в памяти ПК. В кэш-память записывается из ОЗУ та часть информации, с которой работает процессор в данный момент. Отсутствие кэш-памяти может существенно (на 20-30%) снизить общую производительность компьютера.

В настоящее время используется кэш-память от 64 до 512 Кбайт.

Название и назначение

ВНЕШНЕЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ВЗУ) или накопитель предназначено для долговременного хранения информации и характеризуются большим объемом памяти и низким по сравнению с ОЗУ быстродействием.

Для персональных компьютеров к подобным устройствам относятся:

• накопители на гибких магнитных дисках, предназначенные для чтения/записи информации на гибкие диски (дискеты);

• накопители на жестких магнитных дисках или винчестеры;

• дисководы для работы с лазерными компакт-дисками;

• стриммеры, предназначенные чтения/записи информации на магнитные ленты;

• магнито-оптические дисководы для работы с магнито-оптическими дисками.

Дополнительной характеристикой для этого вида памяти является время доступа, измеряемое в наносекундах.

Под внешней памятью компьютера подразумевают обычно как устройства для чтения/записи информации - НАКОПИТЕЛИ, так и НОСИТЕЛИ информации (то есть устройства, где она непосредственно хранится).

Как правило, для каждого носителя информации существует свой накопитель.

Первые носители информации для ЭВМ были бумажными (перфокарты, перфоленты). Для работы с ними существовало 2 отдельных устройства: перфоратор – для записи информации, счетчик – для считывания информации и передачи ее в оперативную память. Позднее появились магнитные носители информации (магнитные ленты, магнитные барабаны, магнитные диски), накопители которых совмещали в себе и устройство считывания, и устройство записи. А такое устройство, как винчестер, совмещает в себе и носитель, и накопитель. Для оптических носителей информации (компакт-дисков, цифровых дисков) накопители могут как совмещать функции чтения/записи, так и быть специализированными, например, только для чтения.

НАКОПИТЕЛИ НА ЖЕСТКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ (НЖМД или ВИНЧЕСТЕРЫ) представляют собой внешние ЗУ, в которых носителем информации являются жесткие несменные магнитные диски, объединенные в пакет.

НЖМД предназначены для долговременного хранения информации, постоянно используемой при работе с ПК: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования, документов и программ, подготовленных пользователем и т. д.

В настоящее время ПК без НЖМД практически не выпускаются. Если компьютер включен в локальную компьютерную сеть, то он может работать без собственного жесткого диска, но тогда он использует жесткий диск центрального сервера.

Винчестер устанавливается внутри системного блока и внешне представляет собой герметичную металлическую коробку, внутри которой расположены несколько дисков, объединенных в один пакет, магнитные головки чтения/записи, механизм вращения диска и перемещения головок.

Рис. 1 Схема устройства винчестера

Основными характеристиками винчестера являются:

• емкость, то есть максимальный объем данных, который можно записать на носитель;

• быстродействие, определяемое временем доступа к нужной информации, временем ее считывания/записи и скоростью передачи данных;

• время безотказной работы, характеризующее надежность устройства.

Емкость НЖМД зависит от модели ПК. Первый винчестер (начало 80-х годов) имел «колоссальную емкость» 10 Мбайт. Считается, что объем современного винчестера должен быть не менее 2 – 3 Гбайт. Последние модели ПК имеют винчестеры емкостью свыше 9 Гбайт, ожидается появление винчестеров емкостью до 20 Гбайт.

Чаще всего винчестер имеет имя С:. Однако емкость винчестера обычно очень велика, поэтому для удобства работы винчестер разбивают на участки. Каждый такой участок воспринимается операционной системой как отдельный диск и называется «логическим диском». Имена таких дисков – C:, D:, Е: и т. д. по алфавиту.

Быстродействие измеряется в миллисекундах. Для современных винчестеров время доступа менее 10 мс.

Время безотказной работы обычно составляет 20 000 – 500 000 часов (то есть примерно 57 лет).

Существуют СМЕННЫЕ ЖЕСТКИЕ ДИСКИ (и, соответственно, дисководы для них). Главным образом они используются для переноса больших объемов информации между компьютерами либо для архивирования данных. Основной тип – Jaz-диск. Его емкость в зависимости от модели от 540 Мбайт до 1,07 Гбайт.

НАКОПИТЕЛИ НА ГИБКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ (НГМД) представляют собой внешние ЗУ, в которых носителями информации являются сменные магнитные диски (ДИСКЕТЫ). Дискеты позволяют переносить информацию с одной ПК на другую, хранить ее вне ПК, создавать архивные копии текстов и программ, записанных на винчестере.

В настоящее время используются 4 вида дискет:

• дискеты диаметром 5,25 дюйма (5,25” - 133 мм) и емкостью:

• 360 (720) Кбайт (маркировка — DS/DD);

• 1,2 Мбайт (маркировка — DS/HD);

• дискеты диаметром 3,5 дюйма (3,5” - 89 мм) и емкостью:

• 720 Кбайт (DS/DD);

• 1,44 Мбайт (DS/HD);

• 2,88 Мбайт.

Дискеты размером 5,25” представляют собой тонкий пластиковый диск, на который нанесено магнитное покрытие, подобное покрытию магнитофонной ленты. Диск заключен в специальный плотный конверт-корпус, который, однако, легко перегнуть. В продолговатом разрезе на конверте виден диск. До диска нельзя дотрагиваться руками, а сами дискеты надо хранить в бумажном конверте, аккуратно вставлять в дисковод и не допускать попадания на дискету пыли.

Дискеты размером 3,5” заключены в жесткий пластмассовый корпус, на поверхности дискеты нет открытых частей диска, поэтому такие дискеты более надежны и пользоваться ими можно, не боясь испортить поверхность самого диска.

Перед первым использованием дискету необходимо подготовить, отформатировать. Это делается с помощью специальных программ. При работе форматирующих программ на диск наносятся специальные магнитные метки, разбивающие поверхность диска на дорожки и секторы. После форматирования на диск можно записывать информацию.

Если в состав ПK входят два НГМД, то один обычно имеет имя А:, второй - В:.

Рис. 2. Схема устройства дискеты

Существуют гибкие диски с емкостью в 100 Мб – Zip-диски. Дисководы для них не встраиваются в корпус ПК, а используются как сменные устройства (мобильные дисковые накопители)

ДИСКОВОДЫ ДЛЯ РАБОТЫ С ЛАЗЕРНЫМИ (ОПТИЧЕСКИМИ) ДИСКАМИ - приводы CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) - служат для использования компакт-дисков различного вида.

Накопители оптических дисков делятся на три вида:

• без возможности записи (CD-ROM – память только для чтения на компакт-диске);

• с однократной записью и многократным чтением (CD-WORM);

• с возможностью перезаписи (CD-RW, CD-E).

Принципы работы.

При записи компакт-диск обрабатывается лазерным лучом (без механического контакта), выжигающим тот участок, который хранит логическую единицу, и оставляет нетронутым тот участок, который хранит логический ноль. В результате чего на поверхности CD образуются маленькие углубления, так называемые питы. При чтении на поверхность диска направляется лазерный луч меньшей интенсивности, анализируется изменение характеристик отраженного луча, которые переводятся в цифровой код.

Основными характеристиками CD являются:

• емкость, которая составляет 500-700 Мбайт;

• скорость передачи данных от носителя в оперативную память, она составляет в зависимости от привода от 150 до 4800 Кбайт/с;

• среднее время доступа, которое требуется приводу для нахождения на носителе нужных данных. Она в зависимости от привода составляет от 80 до 400 мс.

По мере совершенствования технологии создания CD и приводов возникла потребность в увеличении емкости оптических носителей информации. Появились DVD-диски (Digital Versatile Disk), использующийся в основном для хранения и воспроизведения видеоизображений. Емкость таких дисков от 4,7 Гбайт до 17 Гбайт. Скорость передачи информации 1350 Кб/с. Длительность воспроизведения видеоинформации от 2 до 6 часов.

В МАГНИТО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ магнитная запись производится на поверхность компакт-диска, предварительно сильно разогретую лазерным лучом. Первые мarнито-оптические диски внешне напоминали дискету 3,5”. Затем были созданы диски размером 5,25” и 12”, которые также были помещены в пластиковый корпус. После этого появились магнито-оптические диски без корпуса, т.е. точно такие же, как обычные лазерные аудио-диски.

Емкость магнито-оптических дискет может быть от 20 Мбайт до 2 Гбайт.

Информация, записанная на магнито-оптические диски, может храниться до 30 лет, поэтому на них можно хранить, например, архивные данные.

Назначение и принципы работы

Стример - это устройство для обеспечения надежного долговременного сохранения больших объемов информации, приобретающее все большую популярность и распространение среди профессиональных пользователей персональных компьютеров. Используются преимущественно для резервного архивирования информации в промышленности, в издательствах, в банках, в деловом и научном мире.

Стример - это накопитель на магнитной ленте, цифровой кассетный магнитофон, в котором используются специальные кассеты - ленточные картриджи, позволяющие защитить носитель информации от внешних воздействий.

Как и во всяком магнитофоне, у стримера есть недостаток: для поиска нужного места на пленке порой приходится перематывать всю кассету.

Для картриджей стримеров применяется специальная высококачественная магнитная лента, в которой используется особо чистые мелкозернистые магнитные частицы, а поверхность ленты тщательно полируется. Это гарантирует надежность записи и длительную сохранность записанных данных.

ЗНАТЬ

Свойства запоминающих устройств (ЗУ):

• информация хранится в ЗУ в двоичном коде;

• каждое ЗУ можно условно считать состоящим из отдельных ячеек, каждая из которых имеет свой адрес (начиная с нулевого адреса);

• такая пронумерованная ячейка называется байтом и содержит 8 двоичных разрядов – 8 бит.

Основные характеристики памяти:

• емкость - максимальное количество адресуемых ячеек, выраженное в байтах;

• быстродействие - время обращения к ячейкам памяти, определяемое временем считывания или временем записи информации. Измеряется в наносекундах (10^-9 с);

• разрядность - количество линий ввода/вывода, которые имеют микросхемы оперативной и постоянной памяти или внешние накопители.

Обобщенная таблица «ВНЕШНЯЯ ПАМЯТЬ ЭВМ»